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* §12.7 磁介质中的磁场 一、磁介质及磁介质的磁化 1、磁介质 磁介质在磁感强度 的外磁场中，受外磁场的作用而被磁化产生附加磁场 。此时，在磁介质中的磁场 是这两个磁感强度矢量和，即 实验表明，不同磁介质对磁场的影响不同。有些磁介质磁化后所产生的附加磁场 的方向与原磁场的 方向相同，使得磁感强度的值为 ，这种磁介质叫做顺磁质，如锰、铝、氧等。 而另一些磁介质磁化后所产生的附加磁场 的方向与原磁场的 方向相反，使得磁感强度的值为 ，这种磁介质叫做抗磁质，如铜、铋、氢等。 还有一类物质磁化后所产生的附加磁感强度 的方向与原磁场的磁感强度 的方向相同，但 的值却要比 的值大很多，这类磁介质使原磁场显著加强，这类磁介质称为铁磁质，如铁、钴、镍等。 无论是顺磁质还是抗磁质，磁化后所产生的附加磁场对原磁场的影响都是比较微弱的。所以，顺磁质和抗磁质统称为弱磁材料。 2、磁介质的磁化机理 任何物质分子中的每个电子都围绕原子核运动，同时电子自身还有自旋运动。如果把分子作为一个整体，分子中所有电子对外的磁效应可以用如图所示。 这个等效的圆电流叫做分子电流。分子电流具有一定的磁矩，通常被称为分子磁矩 。 在顺磁质中，每个分子磁矩不为零。在无外磁场时，由于分子的无规则的热运动，这些分子磁矩的取向是杂乱无章的，因此在磁介质中任一宏观小体积中，所有分子磁矩的矢量和为零，即 ，对外不显磁性。 这样，在磁介质内部分子电流产生了一个沿外磁场 的方向的附加磁场 ，从而使磁介质内部的磁感应强度增加，即磁感强度的值为 当有外磁场 存在时，每个分子磁矩都受到磁力矩的作用，使各分子都不同程度地沿外磁场方向排列，因此在一宏观小体积中，所有分子磁矩的矢量和不再为零，即 ，其方向沿外磁场方向。 在抗磁质中，其分子结构与顺磁质有所不同，抗磁质中每个分子磁矩都等于零，即 ，所以在无外磁场时，对外不显磁性。 这样抗磁质磁化后产生的附加磁场 就与原磁场的 方向相反，从而使磁介质内部的磁感应强度减弱，即磁感强度的值为 当有外磁场存在时，分子中的每个电子在洛仑兹力的作用下发生进动，从而使每个分子产生了一个附加磁矩，理论可以证明这个附加磁矩与外磁场 的方向相反。 实际上，在顺磁质中每个分子的电子在外磁场中同样会受到洛伦兹力的作用而发生进动，产生与外磁场 反向的附加磁矩，因此顺磁质同样存在着抗磁效应，但是顺磁质的抗磁效应小于其顺磁效应，总体上表现出顺磁效应。 二、磁介质的磁导率 为了定量描述不同的磁介质对磁场的影响程度的不同引入相对磁导率和磁导率的概念。设一长直密绕螺线管，其中通以强度为 I 的电流，单位长度的匝数为n 。在真空情况下，绕螺线管内部磁场的磁感强度为 若在无限长螺线管内部充满某种各向同性的均匀磁介质，则由于磁介质磁化使螺线管内部磁场的磁感强度变为B，定义相对磁导率为 相对磁导率是无量纲的纯数，它的大小表示了磁介质对外磁场的影响程度。对于顺磁质， ；对于抗磁质， ；对于真空， ；空气的相对磁导率接近1，一般情况下，将空气中的磁场看做真空中磁场来处理。 在有介质的情况下，长直密绕螺线管内部磁场的磁感强度B为 式中 为磁介质的磁导率，它的单位与真空磁导率的单位相同。 三、磁场强度 磁介质中的安培环路定理 下面仍以长直螺线管为例进行讨论。如图所示，设管中的传导电流强度为I0 ，当管中为真空时，根据安培环路定理有 若管内充满相对磁导率为 的均匀磁介质，管内磁场的磁感强度变为B ，则 由此得 即 为了方便，引入描述磁场的辅助物理量磁场强度矢量 其单位为A·m-1，方向与磁感强度 方向相同。 在引入磁场强度矢量后，安培环路定理可写成 此即为磁介质中的安培环路定理，它表明，在稳恒磁场中，磁场强度 沿任意闭合路径的环流等于该闭合路径所包围的传导电流的代数和。 四、铁磁质 μr1，大约可达102—105数量级。 1、 铁磁质的特点 (a)在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场。 (b)外